專利名稱：用于風(fēng)力渦輪機葉片的夾具和固定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在此所描述的主題一般地涉及具有特定葉片結(jié)構(gòu)的流體反
作用表面，該葉片結(jié)構(gòu)形成有主桁架(main spar),并且更具體地，涉 及用于使用夾具和固定裝置組裝風(fēng)力渦輪機葉片的方法和設(shè)備。
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背景技術(shù)：
風(fēng)力渦輪機是一種用于把風(fēng)中的動能轉(zhuǎn)變成機械能的機 器。如果直接通過機器裝置使用該機械能，比如抽吸水或者碾磨小麥， 那么該風(fēng)力渦輪機可以被稱為風(fēng)車。相似地，如果把該機械能轉(zhuǎn)變成 電流，那么該機器還可以被稱為風(fēng)力發(fā)電機或風(fēng)電場。
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風(fēng)力渦輪機使用呈"葉片"形式的翼型件(airfoil)來從移動
的空氣產(chǎn)生升力并捕獲動量，升力和動量隨后被施加到"轉(zhuǎn)子，，上。 葉片典型地在它的"才艮"端處緊固到轉(zhuǎn)子上，然后徑向地"向外側(cè)" 延伸到自由的"末梢"端。從頂?shù)礁木嚯x稱為"翼展"。葉片的前 部或"前緣"連接首先接觸空氣的葉片的最前點。葉片的后部或"后
20緣"是已經(jīng)被前緣分離的氣流在經(jīng)過葉片的相對的"抽吸"表面和 "壓力"表面上方后重新會合的地方。"弦"線沿橫J垮葉片的典型的 氣流的方向連接葉片的前緣和后緣。許多風(fēng)力渦輪^L葉片還具有在葉 片的翼展長度上延伸的加強"桁架"，以給葉片增加剛性。該桁架常 構(gòu)造成工字梁或C形梁；然而，也可以使用其它結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。
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由于風(fēng)力渦輪機的裝機功率與葉片的長度成比例，所以許
多現(xiàn)代的風(fēng)力渦輪機葉片的長度已經(jīng)增加到70米以上。運輸這樣長 的葉片會十分困難，以致已經(jīng)提出了專門的物流系統(tǒng)，比如在美國專 利公開No.2006/285937和WIPO專利公開No.W02006/061806中的那
些系統(tǒng)。其它的方法依賴于模塊化的風(fēng)力渦輪機葉片構(gòu)造，該構(gòu)造可 以以較小的件制造和/或運輸，然后，在構(gòu)建場所處組裝這些較小的件，
比如在于2006年4月30日提交的美國專利公開No.ll/380936 "Modular Rotor Blade For A Wind Turbine And Method For 5 Assembling Same"(律師案巻號No.196356);和于2005年12月19曰 提交的美國專利公開No.l 1/311，053 " A Modularly Constructed Rotorblade and Method for Construction"(律師案巻號Nos.180916和 182704)中所公開的那些構(gòu)造。但是，還可以進(jìn)一步改進(jìn)風(fēng)力渦輪機葉 片部分的制造、運輸和/或組裝。
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發(fā)明內(nèi)容
通過在多個實施例中提供組裝風(fēng)力渦輪機葉片的方法，包 括下列情形的步驟和/或用于下列情形的步驟，即把葉片前緣部分和葉 片后緣部分中的一個部分定位在前緣部分和后緣部分中的另 一個部
15 分的上方；并將前緣部分緊固到后緣部分上，在此提出了這種傳統(tǒng)方 法的這些方面和其它方面。還公開的是用于組裝風(fēng)力渦輪機葉片的設(shè) 備，該設(shè)備包括用于支撐風(fēng)力渦輪機葉片的第一部分的固定裝置；和 用于在該固定裝置上方支撐風(fēng)力渦輪機葉片的第二部分的夾具；其中 當(dāng)把夾具降低到該固定裝置上方時，夾具和固定裝置接合，以把第二
20 部分定位在第一部分上。


現(xiàn)在將參考附圖("圖")來描述本技術(shù)發(fā)明的各個方面，附 圖不一定是按比例繪制的，但是在若干附圖的每一個附圖中都使用相 25同的標(biāo)號指代對應(yīng)的構(gòu)件。圖1是用于風(fēng)力渦輪機葉片的夾具和固定裝置的分解正投 影視圖。圖2是來自圖1的用于風(fēng)力渦輪機葉片的夾具和固定裝置
的組裝后的正投影見圖。圖3是來自圖1的帶有葉片前緣部分的用于風(fēng)力渦輪機葉 片的固定裝置的分解正投影視圖。圖4是在圖3中所示的用于風(fēng)力渦輪機葉片的固定裝置的 5另 一個正才殳影一見圖。圖5是來自圖3所示的帶有另一個葉片前緣部分的用于風(fēng) 力渦輪機葉片的固定裝置的局部分解正沖殳影一見圖。圖6是在圖5中所示的用于風(fēng)力渦輪機的固定裝置的另一 個正投影視圖。
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圖7是在圖6上所示的帶有桁架的一部分的用于風(fēng)力渦輪
機葉片的固定裝置的分解正投影視圖。圖8是在圖7中所示的用于風(fēng)力渦輪機葉片的固定裝置的 另 一個正投影-現(xiàn)圖。圖9是在圖7中所示的帶有桁架的一部分的用于風(fēng)力渦輪 15 機葉片的固定裝置的局部組裝后的正投影視圖。圖IO是在圖9中所示的用于風(fēng)力渦輪機葉片的固定裝置的 另一個正投影一見圖。圖11是來自圖1的帶有葉片后緣部分的用于風(fēng)力渦輪機葉 片的夾具的分解正l殳影碎見圖。 20
圖12是在圖1中所示的用于風(fēng)力渦輪機葉片的夾具的放大
局部端碎見圖。圖13是在圖2中所示的用于風(fēng)力渦輪機葉片的組裝后的夾 具和固定裝置的放大局部正投影視圖。圖14是在圖2中所示的用于風(fēng)力渦輪機葉片的組裝后的夾 25 具的放大局部端視圖。圖15是在圖2中所示的用于風(fēng)力渦輪機葉片的組裝后的夾 具的另 一個》文大局部端^L圖。圖16是在圖2中所示的用于風(fēng)力渦輪機葉片的組裝后的固
定裝置的另一個放大局部端視圖。
構(gòu)件列表
人形件
10用于風(fēng)力渦輪機的夾具和固定裝置設(shè)備
20固定裝置
22前緣部分
24彎曲的鼻形部分
26鼻形加強斧反
1028桁架
30夾具
32后緣部分
34高壓表面
364氐壓表面
1540U形臂
42緊固件
44抽吸裝置
60分度器
70擠壓器
2072嚢狀物
74網(wǎng)膜板
80支撐件
82槽口
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具體實施例方式圖1是用于組裝風(fēng)力渦輪機葉片的夾具和固定裝置設(shè)備10 的分解正投影視圖，而圖2是來自圖1的組裝后的夾具和固定裝置設(shè) 備10的分解正投影視圖。廣義上說，固定裝置通常是一種被用來將
物體保持就位的裝置，以便工具或其它構(gòu)件可以相對該固定的物體移 動。另一方面，夾具通常相對固定的工具或其它構(gòu)件保持物體并對其 進(jìn)行引導(dǎo)。在圖1和圖2中，固定的固定裝置20支撐風(fēng)力渦輪機葉片 5 的前緣部分22,而可移動的夾具30支撐風(fēng)力渦輪機葉片的后緣部分 32。在此示的實例中，前緣部分22包括彎曲鼻形物24、若干半橢圓 鼻形加強板26(在圖4、圖6和圖8中最好地所見)以及通常為矩形的 桁架28。然而，也可以使用用于前緣部分22的各種其它的構(gòu)件和/或 構(gòu)造。相似地，盡管在此示的后緣部分32包括大致平坦的高壓表面
10 34和彎曲的低壓表面36，但是也可以使用用于后緣部分32的各種其 它的構(gòu)件和/或構(gòu)造。不同的風(fēng)力渦輪機葉片的部分22和部分32也可 以是不同于在此所示的形狀，比在此所示的形狀大和/或小。在這些附 圖中的若干附圖中所示的人形件5僅僅示了將在下文更詳細(xì)討論的不 同的示范性實施例的相對較大的尺寸。
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在這些附圖中，可移動的夾具30被布置在和定位在固定的
固定裝置20上方。例如，使用起重機、叉式升降機或其它提升機構(gòu) 把夾具30提升到固定裝置20上方。然而，也可以顛倒夾具30和固 定裝置20的位置。相似地，固定裝置20可以是可移動的，且/或夾具 30可以是固定的。同樣地，固定裝置20可備選地構(gòu)造成支撐后緣部
20 分32，而夾具30構(gòu)造成支撐前緣部分22。以一般的豎直構(gòu)造來把固 定裝置20布置在夾具30上方，或反之亦然，這有助于最小化由于在 未被支撐的表面上的重力作用所引起的尺寸變形，否則該尺寸變形可 負(fù)面地影響組裝過程，如在下面更詳細(xì)描述的。在把這些構(gòu)件結(jié)合到 一起之前，豎直構(gòu)造還協(xié)助將前緣部分22和后緣部分32對準(zhǔn)。
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在風(fēng)力渦輪機所處的場所處可以執(zhí)行一些或全部的風(fēng)力渦
輪機葉片的組裝過程。例如，可以在被運輸?shù)狡h(yuǎn)場所以緊固到一起 之前，4巴前緣部分22和后緣部分32在制造工廠處裝配到固定裝置20 和/或夾具30上，如在圖2中所示并在下面更詳細(xì)描述的。該物流狀
況允許把風(fēng)力渦輪機葉片的多個較小的部分預(yù)裝載在固定裝置20和/ 或夾具30上，以便它們在最終組裝之前可以更易于被運輸?shù)綐?gòu)建場 所。這樣，在裝載、運輸、卸載和最終組裝的期間，固定裝置20和/ 或夾具30協(xié)助保護(hù)葉片部分22和/或葉片部分23。 5
所示的固定裝置20和夾具30中的每一個都包括多個通常
為U形或V形的臂40,該臂40通常對應(yīng)于相應(yīng)的葉片部分22或葉 片部分30的外部表面。各臂均包括一個或多個緊固件42,用于可幹 放地緊固相應(yīng)的前緣部分22或后緣部分23，如在下面更詳細(xì)描述的。 例如，緊固件42可以包括吸盤。
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圖3是來自圖1的帶有葉片前緣部分22的一部分的用于風(fēng)
力渦輪機葉片的固定裝置20的分解正才殳影視圖。圖4是在圖3中所 示的用于風(fēng)力渦輪機葉片的固定裝置的另一個正投影視圖。在圖3和 圖4中，把前緣部分22降低到并且布置在固定裝置20中。盡管所示 的第一前緣部分是帶有鼻形加強板26(圖4)的鼻形部分24，但是也可
15 以使用其它的風(fēng)力渦輪機葉片的構(gòu)件。例如，為了增強剛度，可以用 芯材(corematerial)來替換一些或全部的鼻形加強板26。對于所示的實 例，在把鼻形部分定位或裝載在固定裝置20中之前或之后，可把鼻 形加強板26裝配到彎曲的鼻形部分24中。在圖5和圖6中，4巴前緣部分22的第二部分布置在固定裝
20 置20中，并且與已經(jīng)在固定裝置20中的第一前緣部分首尾相連。盡 管所示的前緣部分22由在單個固定裝置20中被首尾相連布置的兩個 鼻形部分24形成，但是也可以使用單件式前緣部分22和/或其它的構(gòu) 件。前緣部分22和街架28的一些或全部的鄰近、連接表面都設(shè)置有 緊固介質(zhì)，比如膠、樹脂、或者其它粘合劑，用于把各個構(gòu)件緊固到
25 —起。然而，也可以以其它方式4巴葉片的不同的構(gòu)件緊固到一起。固 5還顯示了被布置在槽口 82中的桁架支撐件80的一個實例，用于在 前緣部分22中支撐街架28,該槽口 82形成在其中一個前緣部分22 的上部邊緣中。然而，還可以以其它方式來支撐街架28，比如由形成
在前緣部分22中的支撐件支撐。 一旦把前緣部分22布置在固定裝置 20中，就把單件式或多件式的桁架28布置在了鼻形部分24中，如在 圖7和圖8中所示。在圖9和圖10中圖示了布置在固定裝置20中的完整的前 5 緣部分22，以備用于運輸?shù)饺缟纤龅臉?gòu)建場所。這樣，可以把長葉 片以多個、較短件的形式來運H該多個、較短件易于運輸?shù)斤L(fēng)力渦 輪機的安裝地點。 一旦被裝載的固定裝置20和夾具30到達(dá)風(fēng)力渦輪 機的安裝地點處，就可以把它們以在圖1和圖2中所示的豎直構(gòu)造的 方式連接起來。備選地，可以4巴前緣部分22和/或后緣部分32以與它
10 們對應(yīng)的夾具30和/或固定裝置20相分離的方式運輸?shù)桨惭b地點，然 后在安裝地點處把它們裝載到夾具和/或固定裝置中。然后，還可以把 布置在它們的夾具30和固定裝置20中的另外的前緣部分22和/或后 緣部分32與其它部分首尾相連地連接起來，以便在安裝場所處完成 葉片的制造，而不是在單次運輸中運輸長得多且大得多、已完全組裝
15 的葉片。圖U是來自圖1的帶有葉片后緣部分32的夾具30的分解 正投影視圖。在圖11中，把后緣部分32布置在U形或V形臂40之 間。各臂40都包括多個緊固件42，用于把后緣部分32緊固到夾具 30上。例如，如在圖12的放大端^L圖中所示的，緊固件42可以包括 加氣壓抽吸裝置44，用于可釋放地與后緣部分32的外部表面緊固在一 起。然而，也可以使用多種其它的氣壓裝置和非氣壓裝置，以可釋放 地把前緣部分22或后緣部分32緊固到對應(yīng)的固定裝置20或夾具30 上。圖13是在圖2中所示的用于風(fēng)力渦輪^L葉片的組裝后的夾 25具30和固定裝置20的放大局部正投影視圖。圖13圖示了夾具30的 一個U形臂40的一側(cè)，該側(cè)在固定裝置20的U形臂40的頂部上延 伸到引導(dǎo)開口中，用于相對于固定裝置對準(zhǔn)和定位夾具。此構(gòu)造還允 許后緣部分32與前緣部分22大致對準(zhǔn)。備選地，固定裝置20的臂
40可以延伸到夾具30的臂40中。 一旦以這種方式或以任何其它的方 式4巴夾具30和固定裝置20大致對準(zhǔn)，那么通過相對于固定裝置20 或夾具30移動邊緣部分22和/或邊緣部分32可以執(zhí)行更精細(xì)的對準(zhǔn)。 在這點上，夾具30和固定裝置20中的一個或二者可以裝備有分度器 5 60(在圖12中所示)，用于在把邊緣部分22和邊緣部分32緊固到一起 之前在展向方向上相對于彼此地精細(xì)地定位該邊纟彖部分22和邊緣部 分32。固定裝置20還可以設(shè)置有水平調(diào)節(jié)腳、薄墊片和/或系統(tǒng)，該 系統(tǒng)用于將前緣部分22相對于地面、后緣部分32和/或其它被首尾相 連的前/后緣部分的另外水平對準(zhǔn)。
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圖14和圖15是在圖2中所示的帶有前緣部分22和后緣部
分32的用于風(fēng)力渦輪機的夾具30的另外的放大局部端視圖。圖14 圖示了夾具30的下部緊固件42的吸盤44，該吸盤44與后緣部分32 的外表面接合，并且被朝著夾具30拉，以便繞著街架28擴大后緣部 分32的展向開口。在圖15中，再次定位或釋放下部緊固件42，以便
15 允許抵靠桁架28的側(cè)部閉合后緣部分32的開口 ?？梢园严嗨频募夹g(shù) 用在用于容納桁架28的前緣部分22。
后緣部分32和前緣部分22和/或桁架28的一些或全部的鄰 近、連接表面都可以設(shè)置有緊固介質(zhì)，比如膠、樹脂或其它粘合劑， 用于把各個構(gòu)件緊固到一起。然而，也可以以另一種方式把葉片的各
20 個構(gòu)件緊固到一起。 一旦后緣部分32和前緣部分22抵靠軒架28就 位，則還可以抵靠街架擠壓它們。例如，如在圖16中的組裝后的固 定裝置的放大局部端視圖中所圖示的， 一個或多個擠壓器70可以從 固定裝置20和/或夾具30(未示出)延伸，用于抵靠桁架28擠壓前緣部 分22和后緣部分32的開口。在圖16中，分離的擠壓器70從帶有嚢
25 狀物72的各固定裝置20和夾具30延伸，用于保護(hù)組裝后的葉片的 表面。此外，可以把加熱的或未加熱的網(wǎng)膜板74布置在擠壓器70和 葉片之間，用于維持在前緣部分22和后緣部分32的結(jié)合表面上的均 勻壓力和/或溫度。前述的實施例提供了相對傳統(tǒng)方法的各種優(yōu)點。例如，在 運輸之前把邊緣部分22和邊纟彖部分32裝載到夾具30和固定裝置20 上允許葉片以較小的、受保護(hù)的件的方式被運輸，在風(fēng)力渦輪機的構(gòu) 建場所處，該較小的、受保護(hù)的件可相對容易地組裝。此外，夾具30 5 和固定裝置20的豎直對準(zhǔn)允i午在^吏得它們的展向開口^皮加寬以用于 繞著桁架28容易地裝配之前更容易和更精確地定位前緣部分22和后 緣部分32。應(yīng)該強調(diào)的是，上述的實施例，尤其是任何"優(yōu)選的"實 施例，僅僅是在此已被提出的各種執(zhí)行方式的實例，以提供對本技術(shù) 10的各個方面的清楚理解。在大致不偏離保護(hù)范圍的情況下改變許多這 些實施例將是可能的，該保護(hù)范圍僅由所附權(quán)利要求的準(zhǔn)確解釋來限 定。
權(quán)利要求
1. 一種組裝風(fēng)力渦輪機葉片的方法，包括如下步驟將所述葉片前緣部分(22)和所述葉片后緣部分(32)中的一個部分定位在所述前緣部分(22)和所述后緣部分(32)中的另一個部分之上；和將所述前緣部分(22)緊固到所述后緣部分(32)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位步驟包括將所述前緣部分(22)定位在所述后緣部分之上；和 將所述后緣部分(32)降低到所述前緣部分上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將所述前緣部分 (22)定位在所述后緣部分(32)之上的步驟還包括把第 一前緣部分(22)布置在固定裝置中；把第二前緣部分(22)布置在固定裝置(20)中，并且與所述第一前 緣部分首尾相連；以及把街架(28)布置在所述首尾相連布置的第一前緣部分和第二前緣 部分中。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，將所述前緣部分 (22)定位在所述后緣部分(32)之上的步驟還包括在把所述后緣部分降 低到所述前緣部分上之前，加寬所述后緣部分的展向開口。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述緊固步驟包 括將所述前緣部分(22)和所述后緣部分(32)壓在所述布置的桁架上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述擠壓步驟還 包括將加熱的網(wǎng)膜板(74)壓在所述前緣部分和所述后緣部分上。
7. —種用于組裝風(fēng)力渦輪機葉片的設(shè)備(10)，包括用于支撐所述風(fēng)力渦輪機葉片的第一部分(22)的固定裝置(20); 用于在所述固定裝置上方支撐所述風(fēng)力渦輪機葉片的第二部分 (32)的夾具(30);并且 其中，當(dāng)把所述夾具(30)降低到所述固定裝置(20)的上方時，所 述夾具(30)和所述固定裝置(20)接合，以把所述第二部分(32)與所述第 一部分(22)進(jìn)^f于定位。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述葉片的所述 5第一部分(22)包括前緣部分(22)，而所述葉片的所述第二部分(32)包括后緣部分(32)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述固定裝置和 所述夾具(30)中的至少一個包4舌多個U形臂(40),所述U形臂(40)具有通常對應(yīng)于所述被支撐的 10 葉片部分的外部表面的形狀；和在各臂上的至少一個可釋放的緊固件(42)，用于把所述被支撐的 葉片部分緊固到所述固定裝置(20)和所述夾具(30)中的至少一個上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，各所述緊固件(42) 都是可移動的，以加寬所述被支撐的葉片部分的展向開口 。
11.根據(jù)權(quán)利要求IO所迷的設(shè)備，其特征在于，所述緊固件(42)包括吸盤(42)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于，所述固定裝置 (20)和所述夾具(30)中的至少一個還包括用來將加熱的網(wǎng)膜板(74)壓 在所述前緣部分(22)和所述后緣部分(32)的外表面上的擠壓器(70)。全文摘要
本發(fā)明涉及用于風(fēng)力渦輪機葉片的夾具和固定裝置，具體而言，一種用于組裝風(fēng)力渦輪機葉片的方法和設(shè)備包括夾具(30)和固定裝置(20)，用來把葉片前緣部分(22)和葉片后緣部分(32)中的一個部分定位在該前緣部分(22)和該后緣部分(32)中的另一個部分的上方，并且用來把該前緣部分緊固到該后緣部分上。
文檔編號B23P19/04GK101386130SQ20081016570
公開日2009年3月18日 申請日期2008年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月13日
發(fā)明者E·維斯特, F·斯梅瑟斯, J·T·利文斯頓, W·B·霍爾姆斯 申請人:通用電氣公司